博 士 （ 工 学 ） 荻 野 俊 寛
学 位 論 文 題 名
せん断応力載荷型試験による
高有機質土の強度・変形特性の評価に関する研究 学位論文内容の要旨
高 有 機 質 土 は 日 本 国 内の 低 平地 に広 く分 布し てお り， 分布 の面 から 見る と一 般 的な 土 であ る． 社会 基盤 諸施 設は 一般 に低 平地 に設 けられることが多いことから，
高有 機 質土 地盤 上に 構造 物を 建設 しな けれ ばな らな いケースがしぱしばあり，道路 構造 物 はそ の代 表的 な例 であ る．
一 方 で ， 高 有 機 質 土 はカ 学 的性 質の 面に おい て特 殊で あり ，普 通の 土と 同様 な 扱い で は設 計施 工が 困難 であ るこ とか ら地 盤工 学会 基準では，「特殊土」と分類さ れて い る． とこ ろが ，高 有機 質土 地盤 上に 構造 物を 建設する場合，多くの設計指針 では 他 の軟 弱地 盤上 に建 設す る場 合と 同様 に取 り扱 うように定められており，通常 の土 と 同様 の設 計施 工が 行わ れて いる ため ，設 計指 針通りに設計した場合，極めて 大き な 圧密 沈下 や側 方変 形を 生じ たり ，適 切な 設計 強度が得られないということが 頻繁 に 起こ る． この こと は経 験上 広く 知ら れて おり ，現場技術者にとって切迫した 問題 と なっ てい る・
室 内 試 験 で 高 有 機 質 土の せ ん断 強度 を求 める 場合 ，現 在の とこ ろ粘 土の 試験 方 法を 踏 襲し て一 軸圧 縮試 験に よっ てい るが ，従 来か ら一軸圧縮試験の適用性の問題 が指 摘 され てい る． 研究 目的 で強 度・ 変形 特性 を求 める場合，その大半が三軸試験 によ っ てい るが ，こ れま での 研究 例が 少な いこ とも あり，変形特性を求めるための 試験 と して の適 用性 すら 議論 され てい ない 状況 であ る．したがって，この問題の解 決に あ たっ ては ，設 計指 針自 体の 改善 が必 要で ある のと同時に，高有機質土の強度 特 性 や 変 形 特 性 を 適 切 に 求 め る た め の 試 験 方 法 の 確 立 が 必 要 と さ れ て い る ・ こ の よう な背 景か ら， 本論 文で は，Ko圧 密が 簡単 に再現でき，せん断面上の直応 カと せ ん断 応カ の関 係が 直接 測定 でき る， など の実 務上の利点に加えて，地盤工学 会に よ り試 験基 準が 制定 され ，実 務へ の利 用環 境も 整いつっあることから，高有機 質土 の 強度 特性 を求 める ため の方 法と して ，一 面せ ん断試験およびりングせん断試 験 と い っ た せ ん 断 応 力 載 荷 型 試 験 の 有 効 性 を 検 討 し て い る ． 一 方 ，変 形係 数を 求め る試 験に っい ては ，波 動の 性質を利用する方法の中で比較 的新 し く， かつ ，そ の簡 便さ から 近年 徐々 に試 験方 法が浸透しつっあるべンダーエ レメ ン ト試 験に 着目 し， これ を一 面せ ん断 試験 装置 内に組込み，変形特性の評価を 行っ て いる ．ま た， ベン ダー エレ メン ト試 験に おい ては，受信波の到達時刻の決定 ―123―
方法が問題となっていることから，この問題を解決するぺく，ベンダーエレメント 試験に従来とは異なる解釈をした新たな手法による変形特性の評価を試みている．
本論文は7章からなっており，構成は以下のようである．
第1章は序論であり，本論文の背景および構成，研究目的についてまとめられて いる．
゛第2章では本研究に関連する既往の研究についてまとめており，せん断応力載荷 型試験としての一面せん断試験，リングせん断試験，ならびに本研究のべンダーエ レメント試験と波動の性質を利用するという点で原理的に類似している原位置弾性 波試験にっいて，これまでの報告例をまとめている・
第3章は本研究で用いた一面せん断試験装置，リングせん断試験装置およぴべン ダーエレメントシステムの3実験装置について説明している．
第4章〜第6章では本研究で行った実験およびその結果に対して様々な考察を行 っている．第4章では一面せん断試験およびりングせん断試験を用いた高有機質土 の一連の実験結果を用いて，排水，非排水条件における強度定数，非排水強度増加 率について，粘土試料を用いて同様の条件で行った実験結果や三軸圧縮試験結果と の比較を通して，．高有機質土に対するせん断応カ載荷型試験の有効性について検討 している・
第5章では，ベンダーエレメントを組込んだ一面せん断試験装置によって，室内 で調整した粘土の強度・変形特性について考察している．変形特性に関して，圧密 過程では三軸試験装置による繰り返し載荷試験から得られたヤング率と比較し，間 隙比や平均有効主応カといった要因にっいて排水クリープによる二次圧密時の挙動 を含めて検討している．一方せん断中の挙動については，せん断応カレベルや平均 有効主応カ依存性の面から検討し，さらに圧密時の変形特性および強度特性との対 応から両者の関係式を提案している．また，過去に提案された式と本実験結果の関 係から，非排水条件における一面せん断強度とせん断開始時の変形係数の関係を導 いている．
第6章では，前章と同様の試験装置を用いてべンダーエレメント試験による高有 機質土の変形係数の評価を行ってしヽる．また，従来のべンダーエレメント試験の問 題点をふまえ，ベンダーエレメント試験は波動試験としての一面を有する一方で，
振動を利用して変形特性を求める試験（振動試験）としての一面も合わせ持っている，
との観点 から，代表的な振動試験のーつである共振法土質試験の理論をBE試験に 援用し， 従来のBE試験では求めることが難しかった減衰比の評価を試みている．
その上で試験の信頼性をより高めるため，従来の波動試験としての方法と併用する ことを提案している・
第7章は結諭となっており，第4章〜第6章で得られた各章の結諭を総括している．
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学位論文審査の要旨 主査 教授 三田地利之 副査 教授 石島洋二 副査 教授 三浦清一
学位論文題名
せん断応力載荷型試験による
高有機質土の強度・変形特性の評価に関する研究
高有機質土は日本国内の低平地に広く分布しているが，力学的性質の特異性により，
普通の土と同様な扱いでは設計施工が困難である．ところが，高有機質土地盤上に構造 物を建設する場合，多くの設計指針では他の軟弱地盤上に建設する場合と同様に取り扱 うように定められており，通常の土と同様の設計施工が行われているため，極めて大き な圧密沈下や側方変形を生じたり，適切な設計強度が得られないということが頻繁に起 きている．
室内試験で高有機質土のせん断強度を評価する場合，現在のところ粘土の試験方法を 踏襲して一軸圧縮試験によっているが，従来から一軸圧縮試験の適用性の問題が指摘さ れている．研究目的の場合には三軸試験によることが多いが，これまでの研究例が少な いこともあり，変形特性を評価するための試験としての適用性すら議論されていない状 況である．したがって，この問題の解決にあたっては，設計指針自体の改善が必要であ るのと同時に，高有機質土の強度特性や変形特性を適切に評価するための試験方法の確 立が急務である．
このような背景から，本研究は，高有機質土の強度特性を評価するための方法として，
一 面せ ん断 試験 およ びり ング せん断 試験 とい った せん断応力載荷型試験の有効性を検 討するとともに，変形係数を評価するための試験方法としてべンダーエレメントを一面 せん断試験装置に組込んだ新しいシステムを開発し，ベンダーエレメント試験に従来と は 異な る解 釈を した 新たな手法による変形特性の評価を試みたもので，7章から構成さ れている．
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第1章 で は 研 究 の 背 景 と 目 的 を 明 ら か に し ， 本 研 究 の 位 置 づ け を 行 っ て い る ． 第2章では，せん断応力載荷型試験としての一面せん断試験，リングせん断試験，さら に 波動 の性 質を 利用 する とい う点 で本 研究 のべ ンダーエレメント試験と原理的に類似 し て い る 原 位 置 弾 性 波 試 験 に つ い て ， 既 往 の 研 究 を ま と め て い る ． 第3章では，本研究で用いた一面せん断試験装置，リングせん断試験装置およびべンダ ー エ レ メ ン ト シ ス テ ム の 3実 験 装 置 に つ い て 詳 細 に 説 明 し て い る ． 第4章では，一面せん断試験およびりングせん断試験を用いた高有機質土の一連の実験 結果を基に，排水，非排水条件における強度特性について，粘土試料を用いて同様の条 件で行った実験結果や三軸圧縮試験結果との比較を通して，高有機質土に対するせん断 応力載荷型試験の有効性について検証している・
第5章では，ベンダーエレメントを組込んだ一面せん断試験装置を用いて実施した粘土 の強度・変形特性に関する実験結果について考察し，せん断弾性係数の間隙比や平均有 効主応力依存性について排水クリープによる二次圧密時の挙動を含めて検討している．
一方せん断中の挙動については，せん断応カレベルや平均有効主応力依存性の面から検 討し，さらに圧密時の変形特性および強度特性との対応から両者の関係式を提案してい る．また，非排水条件における一面せん断強度とせん断開始時の変形係数の関係を導い ている．
第6章で は， ベン ダーエレメント試験による高有機質土の変形係数の評価を行うとと も に， 共振 法土 質試 験の 理論 をBE試験 に援 用し ，従来のBE試験では求めることが難し かった減衰比の評価を試みている．その上で試験の信頼性をより高めるため，．従来の波 動試験としての方法と併用することを提案している．
第7章は本研究の結諭であり，得られた知見を総括し今後の展望と課題を述べている・
これを要するに著者は，高有機質土の強度特性の評価方法としてせん断応力載荷型試験 の有効性を検証するとともに，変形特性を評価するための機能を付加した新しい測定シス テムを開発し，簡便でかつ信頼性の高い評価方法を提案しており，地盤工学の発展に寄与 するところ大なるものがある・
よって著者は，北海道大学博士（工学）の学位を授与される資格あるものと認める．
